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EL AGUA Y EL ORIGEN DE LA VIDA El agua es el líquido de la vida: es la sustancia más abundante en la biosfera (1.500 km3) es la sustancia más abundante.

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1 EL AGUA Y EL ORIGEN DE LA VIDA El agua es el líquido de la vida: es la sustancia más abundante en la biosfera (1.500 km3) es la sustancia más abundante en la biosfera (1.500 km3) es el componente mayoritario de los seres vivos (del 65 al 95% del peso de la mayoría de organismos) es el componente mayoritario de los seres vivos (del 65 al 95% del peso de la mayoría de organismos)

2 EL AGUA Y EL ORIGEN DE LA VIDA El agua: fue el soporte donde surgió la vida, fue el soporte donde surgió la vida, participó activamente en las reacciones químicas que formaron agregados más complejos a partir de moléculas orgánicas sencillas. participó activamente en las reacciones químicas que formaron agregados más complejos a partir de moléculas orgánicas sencillas.

3 ¿Cómo se originó la vida en la Tierra? Teoría de la panspermia: la vida procede de otro lugar del universo. Teoría de la panspermia: la vida procede de otro lugar del universo. Teoría de la síntesis prebiótica: se originó en la Tierra a partir de materia inorgánica. Teoría de la síntesis prebiótica: se originó en la Tierra a partir de materia inorgánica.

4 ¿Puede aparecer la vida por generación espontánea? Hasta mediados del siglo XIX se pensó que sí. Hasta mediados del siglo XIX se pensó que sí. Según la teoría de la generación espontánea los seres vivos nacen espontáneamente de la materia orgánica en descomposición. Según la teoría de la generación espontánea los seres vivos nacen espontáneamente de la materia orgánica en descomposición.

5 ¿Puede aparecer la vida por generación espontánea? Para Aristóteles no admitía dudas: La vida se originaba a partir de la materia inánime. Describió casos de aparición de insectos, crustáceos, moluscos, peces y ratones a partir del barro. Para Aristóteles no admitía dudas: La vida se originaba a partir de la materia inánime. Describió casos de aparición de insectos, crustáceos, moluscos, peces y ratones a partir del barro. La gran autoridad intelectual de Aristóteles contribuyó a que la idea de la generación espontánea se aceptase hasta mediados del siglo XVII. La gran autoridad intelectual de Aristóteles contribuyó a que la idea de la generación espontánea se aceptase hasta mediados del siglo XVII.

6 ¿Puede aparecer la vida por generación espontánea? Científicos como el médico inglés William Harvey ( ), o Isaac Newton ( ) aceptaban la generación espontánea como un hecho. Científicos como el médico inglés William Harvey ( ), o Isaac Newton ( ) aceptaban la generación espontánea como un hecho.

7 ¿Puede aparecer la vida por generación espontánea? El médico belga Van Helmont ( ) dio una receta para crear ratones: Si se toma un trozo de ropa sucia con unos gramos de trigo en una caja abierta, transcurridos unos 21 días el fermento proveniente de la ropa transforma el trigo en ratones… El médico belga Van Helmont ( ) dio una receta para crear ratones: Si se toma un trozo de ropa sucia con unos gramos de trigo en una caja abierta, transcurridos unos 21 días el fermento proveniente de la ropa transforma el trigo en ratones…

8 La polémica sobre la generación espontánea. A finales del siglo XVII, Francesco Redi (1668) hizo un experimento con el que probó la invalidez de la teoría de la generación espontánea para organismos superiores. A finales del siglo XVII, Francesco Redi (1668) hizo un experimento con el que probó la invalidez de la teoría de la generación espontánea para organismos superiores.

9 El experimento de Redi. Colocó en el interior de dos recipientes materia orgánica en descomposición. Tapó uno de ellos con una gasa y el otro lo dejó abierto. Al cabo de unos días aparecieron gusanos en el interior del recipiente abierto, pero no en el tapado por la gasa. Colocó en el interior de dos recipientes materia orgánica en descomposición. Tapó uno de ellos con una gasa y el otro lo dejó abierto. Al cabo de unos días aparecieron gusanos en el interior del recipiente abierto, pero no en el tapado por la gasa.

10 La polémica sobre la generación espontánea. La biología podía haber abandonado el concepto de generación espontánea. La biología podía haber abandonado el concepto de generación espontánea. Pero la polémica resurgió debido al descubrimiento de los protozoos, que realizó van Leeuwenhoek ( ) gracias a la utilización de los primeros microscopios. Pero la polémica resurgió debido al descubrimiento de los protozoos, que realizó van Leeuwenhoek ( ) gracias a la utilización de los primeros microscopios.

11 La polémica sobre la generación espontánea. Los protozoos eran organismos extremadamente simples. Los protozoos eran organismos extremadamente simples. Seguramente se originaban por generación espontánea: si se mantenían en reposo sustancias nutritivas que no contenían protozoos, enseguida aparecían pequeños organismos. Seguramente se originaban por generación espontánea: si se mantenían en reposo sustancias nutritivas que no contenían protozoos, enseguida aparecían pequeños organismos.

12 La polémica sobre la generación espontánea. Sin embargo, Leeuwenhoek contribuyó al desprestigio de la teoría de la generación espontánea al demostrar que animales como moluscos o insectos no aparecen espontáneamente de la arena, sino que proceden de pequeñísimos huevos preexistentes. Sin embargo, Leeuwenhoek contribuyó al desprestigio de la teoría de la generación espontánea al demostrar que animales como moluscos o insectos no aparecen espontáneamente de la arena, sino que proceden de pequeñísimos huevos preexistentes.

13 La polémica sobre la generación espontánea. Se desechó esta teoría para los organismos superiores. Se desechó esta teoría para los organismos superiores. Pero seguía admitiéndose para los microorganismos. Pero seguía admitiéndose para los microorganismos.

14 La polémica sobre la generación espontánea. Continuó a lo largo del siglo XVIII: Continuó a lo largo del siglo XVIII: Needham ( ) defendía la teoría de la generación espontánea. Needham ( ) defendía la teoría de la generación espontánea. Realizó experimentos que, según él, la evidenciaban: introdujo caldo de cordero en una serie de frascos, y los hirvió durante dos minutos; después los cerró y al cabo de un tiempo observó que en su interior había gran cantidad de microorganismos. Realizó experimentos que, según él, la evidenciaban: introdujo caldo de cordero en una serie de frascos, y los hirvió durante dos minutos; después los cerró y al cabo de un tiempo observó que en su interior había gran cantidad de microorganismos.

15 La polémica sobre la generación espontánea. Lazzaro Spallanzani ( ), que se oponía a la teoría de la generación espontánea, dio otra interpretación de estos resultados: el tratamiento de Needham no garantizaba la esterilización del caldo, y además se contaminaban con microorganismos del aire al cerrarlos después de la ebullición.. Lazzaro Spallanzani ( ), que se oponía a la teoría de la generación espontánea, dio otra interpretación de estos resultados: el tratamiento de Needham no garantizaba la esterilización del caldo, y además se contaminaban con microorganismos del aire al cerrarlos después de la ebullición..

16 La polémica sobre la generación espontánea. Spallanzani hirvió los frascos cerrados durante 45 minutos, y no aparecían microorganismos. Needham objetó que se había alterado la propia naturaleza del aire, que habría perdido su fuerza vital Spallanzani hirvió los frascos cerrados durante 45 minutos, y no aparecían microorganismos. Needham objetó que se había alterado la propia naturaleza del aire, que habría perdido su fuerza vital

17 La polémica sobre la generación espontánea. Continuó hasta que en 1860 la Academia de Ciencias de París ofreció un premio en metálico a quien dilucidara la polémica. Continuó hasta que en 1860 la Academia de Ciencias de París ofreció un premio en metálico a quien dilucidara la polémica.

18 La polémica sobre la generación espontánea. Louis Pasteur ( ) ganó el premio demostrando la invalidez de esta teoría. Louis Pasteur ( ) ganó el premio demostrando la invalidez de esta teoría.

19 Los experimentos de Pasteur. Comenzó demostrando que el aire contenía microorganismos: aspiró aire por un tubo en el que había puesto un algodón esterilizado. Después disolvió el algodón con éter y encontró numerosos microorganismos, que solo podían proceder del aire. Comenzó demostrando que el aire contenía microorganismos: aspiró aire por un tubo en el que había puesto un algodón esterilizado. Después disolvió el algodón con éter y encontró numerosos microorganismos, que solo podían proceder del aire.

20 Los experimentos de Pasteur. Calentó infusiones en matraces de vidrio a los que estiraba el cuello y dejaba sin cerrar, de modo que el contenido estuviera en contacto con el aire. Calentó infusiones en matraces de vidrio a los que estiraba el cuello y dejaba sin cerrar, de modo que el contenido estuviera en contacto con el aire. Demostró que el líquido no desarrollaba microorganismos, con lo que eliminó la posibilidad de que un "aire alterado" fuera la causa de la no aparición de gérmenes. Demostró que el líquido no desarrollaba microorganismos, con lo que eliminó la posibilidad de que un "aire alterado" fuera la causa de la no aparición de gérmenes.

21 Los experimentos de Pasteur. Comprobó que los gérmenes del aire quedaban retenidos a su paso por el largo cuello sinuoso, en las paredes del tubo, y no alcanzaban el interior del recipiente donde se encontraba la infusión, quedando ésta estéril indefinidamente. Comprobó que los gérmenes del aire quedaban retenidos a su paso por el largo cuello sinuoso, en las paredes del tubo, y no alcanzaban el interior del recipiente donde se encontraba la infusión, quedando ésta estéril indefinidamente.

22 Los experimentos de Pasteur. Sólo si se rompía el cuello lateral o si se inclinaba el frasco de modo que pasara parte de líquido a la porción de cuello, los gérmenes podían contaminar la infusión y originar un rápido crecimiento. Sólo si se rompía el cuello lateral o si se inclinaba el frasco de modo que pasara parte de líquido a la porción de cuello, los gérmenes podían contaminar la infusión y originar un rápido crecimiento.

23 Los experimentos de Pasteur

24 La polémica sobre la generación espontánea. Pasteur demostró la invalidez de esta teoría para todo tipo de seres vivos, incluidos los microorganismos. Pasteur demostró la invalidez de esta teoría para todo tipo de seres vivos, incluidos los microorganismos.

25 TEORÍA DE OPARIN-HALDANE. En la actualidad, la base de referencia de la teoría evolutiva del origen de la vida, se debe al bioquímico soviético Oparin y al británico Haldane. En la actualidad, la base de referencia de la teoría evolutiva del origen de la vida, se debe al bioquímico soviético Oparin y al británico Haldane.

26 TEORÍA DE OPARIN-HALDANE. Oparin postuló en 1924 que las moléculas orgánicas habían podido evolucionar reuniéndose para formar sistemas que fueron haciéndose cada vez más complejos, quedando sometidos a las leyes de la evolución. Oparin postuló en 1924 que las moléculas orgánicas habían podido evolucionar reuniéndose para formar sistemas que fueron haciéndose cada vez más complejos, quedando sometidos a las leyes de la evolución.

27 TEORÍA DE OPARIN-HALDANE. Según esta teoría, los océanos contenían en sus orígenes gran cantidad de compuestos orgánicos disueltos. Según esta teoría, los océanos contenían en sus orígenes gran cantidad de compuestos orgánicos disueltos.

28 TEORÍA DE OPARIN-HALDANE. En un proceso que requirió mucho tiempo, esas moléculas se fueron agrupando en otras mayores y éstas a su vez en complejos temporales. En un proceso que requirió mucho tiempo, esas moléculas se fueron agrupando en otras mayores y éstas a su vez en complejos temporales.

29 TEORÍA DE OPARIN-HALDANE. Alguno de esos complejos se convirtió en un protobionte tras adquirir una serie de propiedades, por las cuales podía aislarse e introducir en su interior ciertas moléculas que le rodeaban y liberar otras. Alguno de esos complejos se convirtió en un protobionte tras adquirir una serie de propiedades, por las cuales podía aislarse e introducir en su interior ciertas moléculas que le rodeaban y liberar otras.

30 TEORÍA DE OPARIN-HALDANE. Las funciones metabólicas, la reproducción y el crecimiento habrían aparecido después de que el protobionte adquiriera la capacidad de absorber e incorporar las moléculas a su estructura, para finalmente conseguir separar porciones de sí mismo con iguales características. Las funciones metabólicas, la reproducción y el crecimiento habrían aparecido después de que el protobionte adquiriera la capacidad de absorber e incorporar las moléculas a su estructura, para finalmente conseguir separar porciones de sí mismo con iguales características.

31 RESUMEN DE LA TEORÍA DE OPARÍN.

32 ¿Puede aparecer materia orgánica a partir de materia inorgánica? En una atmósfera oxidante, como la actual, no. En una atmósfera oxidante, como la actual, no. ¿Y en una atmósfera reductora, como propuso Oparín? ¿Y en una atmósfera reductora, como propuso Oparín?

33 EL EXPERIMENTO DE MILLER. La teoría de Oparin fue experimentada con validez por Stanley Miller en 1953, como parte de su tesis doctoral dirigida por H. Urey; consiguiendo obtener compuestos orgánicos complejos después de reproducir las condiciones primitivas del planeta en un aparato diseñado al efecto. La teoría de Oparin fue experimentada con validez por Stanley Miller en 1953, como parte de su tesis doctoral dirigida por H. Urey; consiguiendo obtener compuestos orgánicos complejos después de reproducir las condiciones primitivas del planeta en un aparato diseñado al efecto.

34 EL EXPERIMENTO DE MILLER. Miller creó un dispositivo, en el cual la mezcla de gases que imitan la atmósfera primitiva, se sometía a descargas eléctricas, dentro de un circuito cerrado en el que hervía agua y se condensaba repetidas veces. Se producían así moléculas orgánicas sencillas, y a partir de ellas otras más complejas, como aminoácidos, ácidos orgánicos y nucleótidos.

35 EL EXPERIMENTO DE MILLER. En condiciones de laboratorio se han sintetizado azúcares, glicerina, aminoácidos, polipéptidos, ácidos grasos, y otras moléculas orgánicas. En condiciones de laboratorio se han sintetizado azúcares, glicerina, aminoácidos, polipéptidos, ácidos grasos, y otras moléculas orgánicas.

36 LA ATMÓSFERA PRIMITIVA. Una condición indispensable para la evolución de la vida a partir de materia orgánica no viva, era la existencia de una atmósfera terrestre sin oxígeno, para que los compuestos orgánicos fuesen estables durante el proceso biogenético. Una condición indispensable para la evolución de la vida a partir de materia orgánica no viva, era la existencia de una atmósfera terrestre sin oxígeno, para que los compuestos orgánicos fuesen estables durante el proceso biogenético. Posteriormente los organismos fotosintéticos producirían el O2 atmosférico actual. Posteriormente los organismos fotosintéticos producirían el O2 atmosférico actual.

37 En resumen, la vida surgió en unas condiciones ambientales muy distintas a las actuales, las de la Tierra primitiva, a partir de moléculas orgánicas. En resumen, la vida surgió en unas condiciones ambientales muy distintas a las actuales, las de la Tierra primitiva, a partir de moléculas orgánicas. Mediante la intervención de la selección natural se habrían ido diversificando hasta los actuales organismos. Mediante la intervención de la selección natural se habrían ido diversificando hasta los actuales organismos.

38 FORMACIÓN DE LAS PRIMERAS CÉLULAS. Supuso varias etapas de evolución: tres de carácter químico: constitución de la Tierra, síntesis prebiológica, fase subcelular tres de carácter químico: constitución de la Tierra, síntesis prebiológica, fase subcelular y una de carácter biológico: fase protocelular. y una de carácter biológico: fase protocelular.

39 ETAPAS DE LA FORMACIÓN DE LAS PRIMERAS CÉLULAS. 1. Constitución de la Tierra: Se estima que tuvo lugar hace unos millones de años. Se estima que tuvo lugar hace unos millones de años. El enfriamiento de las rocas emitía gases a la atmósfera ricos en compuestos de carbono y carentes de oxígeno (reductores). El enfriamiento de las rocas emitía gases a la atmósfera ricos en compuestos de carbono y carentes de oxígeno (reductores).

40 ETAPAS DE LA FORMACIÓN DE LAS PRIMERAS CÉLULAS. 2. Síntesis prebiológica: Se produjo a partir de las moléculas sencillas procedentes de los gases de la atmósfera primitiva, que posteriormente quedarían disueltos en el medio líquido. Se produjo a partir de las moléculas sencillas procedentes de los gases de la atmósfera primitiva, que posteriormente quedarían disueltos en el medio líquido. Se irían formando aminoácidos, azúcares y bases orgánicas mediante diferentes tipos de energía, descargas eléctricas o radiaciones ultravioletas. Se irían formando aminoácidos, azúcares y bases orgánicas mediante diferentes tipos de energía, descargas eléctricas o radiaciones ultravioletas. Estas moléculas, en el medio acuoso, mediante una polimerización gradual originarían distintas macromoléculas como cadenas proteicas y ácidos nucleicos. Estas moléculas, en el medio acuoso, mediante una polimerización gradual originarían distintas macromoléculas como cadenas proteicas y ácidos nucleicos.

41 Las primeras moléculas biológicas serían las del ARN, llamadas ribozimas (Cech). Se basa en que el ARN puede almacenar información genética, tiene capacidad de autorreplicación, y además algunas moléculas de ARN funcionan como enzimas. Se basa en que el ARN puede almacenar información genética, tiene capacidad de autorreplicación, y además algunas moléculas de ARN funcionan como enzimas.

42 EL MUNDO DE ARN.

43 ETAPAS DE LA FORMACIÓN DE LAS PRIMERAS CÉLULAS. 3. Fase subcelular: 3. Fase subcelular: Gotitas ricas en polímeros: Gotitas ricas en polímeros: -las microesferas de proteinoides (según Fox) -las microesferas de proteinoides (según Fox) -los coacervados (según Oparin), -los coacervados (según Oparin), se separarían en el medio acuoso, que primitivamente tenía una consistencia de sopa. se separarían en el medio acuoso, que primitivamente tenía una consistencia de sopa. Por selección química, se generarían protobiontes independientes del entorno (formados por proteínas y ácidos nucleicos). Por selección química, se generarían protobiontes independientes del entorno (formados por proteínas y ácidos nucleicos).

44 ETAPAS DE LA FORMACIÓN DE LAS PRIMERAS CÉLULAS. 4. Fase protocelular: 4. Fase protocelular: Mediante un mecanismo de autorreproducción, y una evolución biológica por selección natural. Las protocélulas hijas tienen las mismas propiedades químicas y metabólicas de las protocélulas madres, es decir, se realiza una transmisión hereditaria, que a su vez permite la existencia de mutaciones (evolución biológica). Mediante un mecanismo de autorreproducción, y una evolución biológica por selección natural. Las protocélulas hijas tienen las mismas propiedades químicas y metabólicas de las protocélulas madres, es decir, se realiza una transmisión hereditaria, que a su vez permite la existencia de mutaciones (evolución biológica).

45 LOS PRIMEROS ORGANISMOS. Los primeros seres vivos serían parecidos a las bacterias anaeróbicas actuales, como las de tipo Clostridium (fermentadoras): unicelulares heterótrofas anoxigénicos. Degradaban anaeróbicamente la materia orgánica. Los primeros seres vivos serían parecidos a las bacterias anaeróbicas actuales, como las de tipo Clostridium (fermentadoras): unicelulares heterótrofas anoxigénicos. Degradaban anaeróbicamente la materia orgánica.

46 LOS PRIMEROS ORGANISMOS. Pero los compuestos orgánicos se agotaron enseguida, y algunos organismos desarrollaron la capacidad de reducir el CO2 usando la energía luminosa: fotosíntesis. Pero los compuestos orgánicos se agotaron enseguida, y algunos organismos desarrollaron la capacidad de reducir el CO2 usando la energía luminosa: fotosíntesis.

47 LOS PRIMEROS ORGANISMOS. Los primeros organismos fotosintetizadores fueron bacterias anoxigénicas fotosintetizadoras, como las actuales bacterias verdes del azufre, que utilizan como dador de electrones el H2S. Los primeros organismos fotosintetizadores fueron bacterias anoxigénicas fotosintetizadoras, como las actuales bacterias verdes del azufre, que utilizan como dador de electrones el H2S.

48 LOS PRIMEROS ORGANISMOS Una auténtica revolución para los organismos fotosintetizadores fue la aparición de células capaces de utilizar el agua como dador de electrones. Esto permitió: Una auténtica revolución para los organismos fotosintetizadores fue la aparición de células capaces de utilizar el agua como dador de electrones. Esto permitió: -ocupar ambientes diversos -ocupar ambientes diversos -liberar oxígeno como producto de desecho -liberar oxígeno como producto de desecho Eran organismos fotosintetizadores oxigénicos. Eran organismos fotosintetizadores oxigénicos.

49 LOS PRIMEROS ORGANISMOS. La atmósfera comenzó entonces a recibir O2, producido por las cianobacterias o algas azules, cuyos sedimentos fueron identificados en microfósiles de hace unos millones de años. La atmósfera comenzó entonces a recibir O2, producido por las cianobacterias o algas azules, cuyos sedimentos fueron identificados en microfósiles de hace unos millones de años.

50 LOS PRIMEROS ORGANISMOS El incremento de oxígeno hizo que la primitiva atmósfera reductora se sustituyese progresivamente por otra oxidante. El incremento de oxígeno hizo que la primitiva atmósfera reductora se sustituyese progresivamente por otra oxidante. La fotosíntesis oxigénica proporcionaba: La fotosíntesis oxigénica proporcionaba: -compuestos orgánicos, que podían ser utilizados por otros organismos (heterótrofos) -compuestos orgánicos, que podían ser utilizados por otros organismos (heterótrofos) -y oxígeno. -y oxígeno.

51 LOS PRIMEROS ORGANISMOS La degradación de compuestos orgánicos con oxígeno es muy rentable energéticamente (respiración celular). La degradación de compuestos orgánicos con oxígeno es muy rentable energéticamente (respiración celular). Permitió la rápida evolución de grandes grupos de organismos aerobios pluricelulares tanto autótrofos como heterótrofos. Permitió la rápida evolución de grandes grupos de organismos aerobios pluricelulares tanto autótrofos como heterótrofos.

52 LOS PRIMEROS ORGANISMOS. La atmósfera del planeta cambió de reductora a oxidante en los millones de años que siguieron a los procesos descritos. La atmósfera del planeta cambió de reductora a oxidante en los millones de años que siguieron a los procesos descritos. De cada cinco moléculas una era de O2. De cada cinco moléculas una era de O2. Con la formación de la capa de ozono se redujeron las radiaciones ultravioleta, y por esa razón las condiciones que permitieron la aparición de la vida desaparecieron definitivamente. Con la formación de la capa de ozono se redujeron las radiaciones ultravioleta, y por esa razón las condiciones que permitieron la aparición de la vida desaparecieron definitivamente.

53 Por tanto, la instauración plena de vida eliminó las condiciones originales que la hicieron posible. La aparición por evolución de los primeros eucarióticos unicelulares y pluricelulares, se sitúan alrededor de hace unos millones de años. Por tanto, la instauración plena de vida eliminó las condiciones originales que la hicieron posible. La aparición por evolución de los primeros eucarióticos unicelulares y pluricelulares, se sitúan alrededor de hace unos millones de años.


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